Os elementos combustíveis tipo placa são formados por meio da montagem de um conjunto de placas combustíveis igualmente espaçadas entre si, permitindo a
passagem de um fluxo de água que serve como refrigerador e moderador (SNELGROVE,1987).
O procedimento de montagem do elemento combustível descrito a seguir é baseado no combustível projetado para o reator IEA-R1 do IPEN. Contudo o processo básico de montagem aplica-se também ao elemento combustível que será usado no reator RMB.
O elemento combustível do reator IEA-R1 é constituído de 18 placas combustíveis, 2 suportes laterais (direito e esquerdo), 1 bocal, 1 pino de sustentação e 8 parafusos. As características dimensionais dos elementos combustíveis são especificadas. Todos os componentes estruturais do elemento combustível são adquiridos no mercado, e são fabricados de acordo com desenhos que são parte das especificações.
O processo se inicia com a montagem das placas combustíveis para a formação de um estojo. As placas são fixadas por cravamento nos suportes laterais (direito e esquerdo). Posteriormente, são fixados o bocal e o pino de sustentação. Após a limpeza e a inspeção, os elementos combustíveis são embalados e armazenados até o seu transporte para o reator. Na figura 30 apresenta-se as etapas do processo de montagem de elementos combustíveis.
Figura 30 – Ilustração das etapas do processo de montagem do elemento combustível.
Fonte: Adaptado de VIEIRA, 2011.
No processo de cravamento, que é a fixação das placas combustíveis nos suportes laterais, as placas combustíveis são encaixadas nas canaletas, conforme apresenta-se na figura 31 e fixadas aos suportes laterais (direito e esquerdo) por
deformação das ranhuras existentes nas canaletas, conforme apresentado na figura 32.
Figura 31 – Foto da montagem das placas combustíveis nas canaletas dos suportes laterais.
Fonte: Autor.
Figura 32 – Fotos do equipamento e ferramenta utilizada na operação de cravamento das placas combustíveis nas canaletas dos suportes laterais para a formação do estojo.
Na figura 33 apresenta-se placas combustíveis fixadas mecanicamente aos suportes laterais, assim como detalhes das canaletas e respectivas ranhuras que são deformadas pela ação de um rolete.
Figura 33 – Foto da parte interna do estojo com destaque para as canaletas/ranhuras.
Fonte: Autor.
Após a fixação das placas combustíveis nos suportes laterais, formando-se o estojo, o próximo componente a ser instalado é o bocal. O bocal é utilizado para a fixação do elemento combustível na placa matriz do reator. Ele é fixado na extremidade inferior do estojo, montado por meio de parafusos. O bocal é alinhado ao estojo do elemento combustível por uma operação de ajuste dimensional, utilizando- se mesa de desempeno e traçador de alturas.
A furação para a fixação do bocal nas placas combustíveis externas é usinada com o bocal já fixado nos suportes laterais, com o auxílio de uma fresadora. Os parafusos utilizados são de alumínio e já se encontram devidamente limpos e qualificados. O aperto final é realizado após uma caracterização dimensional prévia, verificando-se o alinhamento do bocal no estojo. Caso o alinhamento não atenda à especificação, este é ajustado.
O pino de sustentação é utilizado para a manipulação do elemento combustível no interior da piscina do reator. Ele é instalado na extremidade superior do estojo montado, a qual contém dois furos e neles o pino é fixado por meio de rebitamento.
As cavidades das extremidades dos pinos são deformadas por pressão com o auxílio de uma fresadora e, dessa forma é feita a fixação.
Na figura 34 ilustra-se o elemento combustível e seus componentes descritos anteriormente.
Figura 34 - Esquema ilustrativo do elemento combustível fabricado no IPEN.
Fonte: VIEIRA (2011).
Uma vez qualificado, o elemento combustível é lavado num banho de álcool etílico e seco manualmente com o auxílio de um jato de ar quente. Após esta limpeza, é realizada uma inspeção visual, especialmente no interior dos canais de refrigeração, procurando-se detectar possíveis obstruções causadas por cavacos ou materiais estranhos. Após a lavagem e inspeção, o elemento combustível é embalado e transferido para o reator.
5 METODOLOGIA
A primeira fase do trabalho foi analisar e caracterizar as folgas entre briquetes e as cavidades das molduras usadas na fabricação de um lote piloto de 47 placas combustíveis, as quais apresentaram trincas como defeitos em seus núcleos. Esse lote foi previamente produzido com o objetivo de validar o ferramental (matriz e punções) e uma nova prensa de compactação para a produção dos briquetes. O objetivo foi buscar uma relação entre o tipo de ajuste e a incidência de trincas nas placas elaboradas a partir dessa mudança.
Baseado nesse estudo, foram definidas seis folgas entre briquetes e cavidades das molduras (folgas controladas) para montagem do conjunto para a laminação. Três conjuntos montados com cada uma das folgas predefinidas foram laminados segundo o procedimento padrão do CECON, obtendo-se dezoito placas combustíveis, as quais foram inspecionadas por radiografia quanto à ocorrência de trincas.
Uma vez constatada a ocorrência de trincas correlacionada à folga utilizada, foi definida uma folga máxima permissível, chamada folga padronizada, que foi adotada para a produção de um segundo lote de vinte placas combustíveis. O objetivo desta etapa foi qualificar a folga padronizada. Isso foi realizado por meio de inspeção radiográfica para verificação da ocorrência de trincas, procurando-se validar a tolerância especificada para as dimensões da cavidade da moldura de modo a garantir a folga padronizada.
Todos os briquetes utilizados neste trabalho foram produzidos segundo o processo tradicional adotado pelo Centro do Combustível Nuclear - CECON do IPEN, já descrito anteriormente neste trabalho.
Para a produção das dezoito placas com folgas variadas, foram selecionados os briquetes cujas dimensões garantiram com precisão as folgas planejadas.
Para a produção do lote de qualificação, de vinte placas com folga padronizada, os briquetes foram selecionados de maneira aleatória a fim de validar as dimensões e tolerâncias especificadas e por considerar que esse será o processo convencional de fabricação das placas, ou seja, qualquer briquete selecionado no lote de briquetes deverá montar na moldura e manter a folga padrão especificada.